La nebulosa del Cangrejo (también llamada M1, NGC 1952, Taurus A y Taurus X-1) es un resto de supernova de tipo plerión. Es el resto de la supernova SN 1054, observada y documentada como una estrella visible a la luz del día por astrónomos chinos y árabes el 5 de julio de 1054, permaneciendo visible durante 22 meses.
La nebulosa fue descubierta en 1731 por John Bevis. Con este objeto, Charles Messier comenzó su catálogo de objetos no cometarios. Situada a una distancia de aproximadamente 6300 años luz (1930 pc) de la Tierra en la constelación de Tauro, la nebulosa tiene un diámetro de seis años luz (1.84 pc) y su velocidad de expansión es de 1500 km/s.
El centro de la nebulosa contiene un púlsar o estrella de neutrones, llamado púlsar del Cangrejo, que gira sobre sí mismo a 30 revoluciones por segundo, emitiendo también pulsos de radiación que van desde los rayos gamma a las ondas de radio. El descubrimiento de esta nebulosa produjo la primera evidencia de que las explosiones de supernova producen púlsares.
La nebulosa sirve como una fuente de radiación útil para estudiar cuerpos celestes que la ocultan. En las décadas de 1950 y 1960, la corona solar fue cartografiada gracias a la observación de las ondas de radio producidas por la nebulosa del Cangrejo que pasaban a través del Sol. Más recientemente, el espesor de la atmósfera de Titán, satélite de Saturno, fue medido conforme bloqueaba los rayos X producidos por la nebulosa.
Orígenes
En Europa, la nebulosa del Cangrejo fue observada por primera vez en 1731 por John Bevis y redescubierta independientemente en 1758 por Charles Messier mientras observaba el paso de un cometa brillante. Messier la catalogó como la primera entrada de su catálogo de objetos celestes no cometarios, llamado hoy en día Catálogo Messier. William Parsons, tercer conde de Rosse, observó la nebulosa en el castillo de Birr en la década de 1840, refiriéndose al objeto como la nebulosa del Cangrejo, dado que un dibujo que realizó de esta se asemejaba a un cangrejo.Jones, K. Glyn: The search for the nebulae. Chalfont St. Giles: Bucks Alpha Academic, Science History Publications, 1975.
Al inicio del , el análisis de las primeras fotografías de la nebulosa tomadas durante el transcurso de varios años revelaron que la nebulosa se expandía. Determinando el origen de la expansión, se dedujo que la nebulosa se debía haber formado unos 900 años atrás. Existen documentos históricos que revelan que una nueva estrella, suficientemente brillante como para ser visible a la luz del día, fue observada en la misma región del cielo por astrónomos chinos y árabes en 1054.Lundmark, K. (1921), Suspected New Stars Recorded in Old Chronicles and Among Recent Meridian Observations, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, v. 33, p. 225.Mayall, N. U. (1939), The Crab Nebula, a Probable Supernova, Astronomical Society of the Pacific Leaflets, v. 3, p. 145. Es posible que la «nueva estrella» brillante fuera observada por los anasazi y registrada en petroglifos.Greening, Dan: 1054 Supernova Petrograph . Fotografía de Ron Lussier. Dada su gran distancia y su carácter efímero, esta «nueva estrella» observada por chinos y árabes solo pudo haber sido una supernova, una enorme estrella en plena explosión, que una vez ha agotado su fuente de energía por medio de la fusión nuclear, se colapsa sobre sí misma.
Análisis recientes de estos documentos históricos han encontrado que la supernova que creó la nebulosa del Cangrejo probablemente ocurrió en abril o principios de mayo de 1054, alcanzando su máximo brillo con una magnitud aparente entre –7 y –4.5 en julio, siendo más brillante que cualquier otro objeto celeste en la noche, exceptuando la Luna. La supernova fue visible a simple vista aproximadamente durante dos años después de su primera observación.Collins, G. W., W. P. Claspy, J. C. Martin (1999), A Reinterpretation of Historical References to the Supernova of A.D. 1054, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, v. 111, p. 871. Gracias a las observaciones escritas de los astrónomos del Extremo Oriente y Oriente Medio en 1054, la nebulosa del Cangrejo se convirtió en el primer objeto astronómico donde se pudo reconocer una relación con una explosión de supernova.
Características físicas
thumb|left|250px|Púlsar de la nebulosa del Cangrejo. Esta imagen combina información óptica del telescopio espacial Hubble (en rojo) e imágenes de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra (en azul). En luz visible, la nebulosa del Cangrejo consiste en una amplia masa de filamentos de forma ovalada, de aproximadamente 6 minutos de arco de longitud y 4 de anchura, rodeando una región central azul difusa (en comparación, la Luna llena cubre 30 minutos de arco). Los filamentos son los restos de la atmósfera de la estrella progenitora y están constituidos principalmente por helio e hidrógeno ionizado, junto con carbono, oxígeno, nitrógeno, hierro, neón y azufre. La temperatura de los filamentos está comprendida entre los 11 000 y los 18 000 K, y su densidad está en torno a las 1300 partículas por cm³.R. A. Fesen, R. P. Kirshner, «The Crab Nebula. I – Spectrophotometry of the filaments.» Astrophysical Journal, v. 258, pp. 1-10. 1 de julio de 1982.
En 1953, Iósif Shklovsky propuso la idea según la cual la región azul difusa está principalmente producida por radiación sincrotrón, que es la radiación electromagnética generada por los electrones que viajan en trayectorias curvilíneas a velocidades que alcanzan la mitad de la velocidad de la luz.Shklovskii, Iósif (1953). «On the Nature of the Crab Nebula’s Optical Emission.» Doklady Akademii Nauk SSSR 90: 983. Está accesible una reimpresión de 1957 de Astronomicheskii Zhurnal, v. 34, p. 706. Tres años más tarde, la hipótesis fue confirmada por medio de observaciones. En la década de 1960 se descubrió que la causa de las trayectorias curvilíneas de los electrones era el fuerte campo magnético producido por una estrella de neutrones ubicada en el centro de la nebulosa.Burn, B. J.: «A synchrotron model for the continuum spectrum of the Crab Nebula.» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 165, p. 421. 1973.
La nebulosa del Cangrejo es un ejemplo típico de un resto de supernova de tipo pleriónico. Un plerión se caracteriza porque su energía procede de la rotación del púlsar y no del material arrojado al medio interestelar durante la explosión de la supernova. La nebulosa del Cangrejo se expande a una velocidad de 1500 km/s,Bietenholz, M. F., P. P. Kronberg, D. E. Hogg, A. S. Wilson, «The expansion of the Crab Nebula.» Astrophysical Journal Letters, vol. 373, pp. L59-L62. 1 de junio de 1991. medida por el efecto Doppler del espectro de la nebulosa. Por otro lado, las imágenes tomadas con varios años de diferencia muestran la lenta expansión angular aparente en el cielo. Comparando esta expansión angular con la velocidad de expansión determinada por espectroscopía (corrimiento al rojo), se pudo estimar la distancia de la nebulosa respecto el Sol, obteniendo una distancia de aproximadamente 6300 años luz y un tamaño de alrededor de 11 años luz para la nebulosa.
Rastreando consistentemente el origen de la expansión y utilizando su velocidad como se observa hoy en día, es posible determinar la fecha de la formación de la nebulosa, es decir, la fecha de la explosión de la supernova. Haciendo este cálculo, se obtiene una fecha que corresponde a varias décadas después del año 1054. Una explicación plausible de este desfase sería que la velocidad de expansión no ha sido uniforme, sino que se ha acelerado después de la explosión de la supernova.Virginia Trimble, «Motions and Structure of the Filamentary Envelope of the Crab Nebula. Astronomical Journal, v. 73, p. 535. Septiembre de 1968. Esta aceleración sería debida a la energía del púlsar que alimentaría el campo magnético de la nebulosa, la cual se expande y empuja a los filamentos de la nebulosa hacia el exterior.Bejger, M., P. Haensel, «Accelerated expansion of the Crab Nebula and evaluation of its neutron-star parameters.» Astronomy and Astrophysics, v. 405, pp. 747-751. Julio de 2003.
Los cálculos de la masa total de la nebulosa permiten estimar la masa de la estrella progenitora de la supernova. Las estimaciones de la cantidad de materia contenida en los filamentos de la nebulosa del Cangrejo varían entre una y cinco masas solares,Fesen, R. A., J. M. Shull, A. P. Hurford,«An Optical Study of the Circumstellar Environment Around the Crab Nebula.» Astronomical Journal, v. 113, pp. 354-363. Enero] de 1997. aunque otras estimaciones basadas en investigaciones del púlsar del Cangrejo ofrecen valores diferentes.
Estrella central
thumb|250px|Esta secuencia de imágenes tomadas por el telescopio espacial Hubble muestra los cambios de la parte interior de la nebulosa del Cangrejo durante un periodo de cuatro meses. Créditos: NASA/ESA. En el centro de la nebulosa del Cangrejo se encuentran en apariencia dos estrellas poco brillantes, una de las cuales es la estrella responsable de la existencia de la nebulosa. Ésta se identificó en 1942, cuando Rudolf Minkowski descubrió que su espectro óptico era extremadamente inusual y no se parecía al de una estrella normal.Minkowski, R. «The Crab Nebula.» Astrophysical Journal, v. 96, p. 199. Septiembre de 1942. En 1949 se descubrió que la región alrededor de la estrella era una gran fuente de ondas de radio,Bolton, J. G., G. J. Stanley, O. B. Slee, «Positions of three discrete sources of Galactic radio frequency radiation.» Nature, v. 164, p. 101. 1949. en 1963 se descubrió que también lo era de rayos X,Bowyer, S., E. T. Byram, T. A. Chubb, H. Friedman, «Lunar Occulation of X-ray Emission from the Crab Nebula.» Science, v. 146, pp. 912-917. Noviembre de 1964. y en 1967 fue identificado como uno de los objetos celestes más brillantes en rayos gamma.Haymes, R. C., D. V. Ellis, G. J. Fishman, J. D. Kurfess, W. H. Tucker, «Observation of Gamma Radiation from the Crab Nebula.» Astrophysical Journal, v. 151, p. L9. Enero de 1968. Luego, en 1968, se descubrió que la estrella emitía su radiación en pulsos rápidos, convirtiéndose en uno de los primeros púlsares en ser identificado, y el primero en estar asociado a un resto de supernova.
Los púlsares son fuentes de potentes radiaciones electromagnéticas emitidas en breves y constantes pulsos muchas veces por segundo. Fueron un gran misterio cuando se descubrieron en 1967, y el equipo que identificó el primero consideró la posibilidad de que podía ser una señal de una civilización avanzada.Del Puerto, C. Pulsars In The Headlines, EAS Publications Series, v. 16, pp. 115-119. 2005. No obstante, el descubrimiento de una fuente de radio pulsante en el centro de la nebulosa del Cangrejo fue una fuerte evidencia de que los púlsares no eran señales de extraterrestres sino que se formaban a partir de explosiones de supernovas. Hoy en día se sabe que son estrellas de neutrones de rápida rotación cuyos potentes campos magnéticos concentran sus emisiones de radiación en rayos estrechos. El eje del campo magnético no está alineado con el de su rotación, la dirección del haz barre el cielo siguiendo un círculo. Cuando, por azar la dirección de un haz cruza la de la Tierra, el pulso es observado. Así, la frecuencia de los pulsos es una medida de velocidad de rotación de la estrella de neutrones.